Question

【题目】能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是未来重要的绿色能源之一。

（1）利用工业废气CO2可制取甲醇，已知常温常压下下列反应的能量关系如图：

则CO2与H2反应生成CH3OH的热化学方程式为_____________________

（2）CH4和H2O(g)通过下列转化也可以制得CH3OH；

I．CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1>0

Ⅱ．CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2<0

将1.0molCH4和3.0molH2O(g)通入反应室(容积为100L)中，在一定条件下发生反应I，CH4的转化率与温度、压强的关系如下图所示。

①已知温度为T1℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为________；

②图中的p1_______p2(填“<”、“>”或“=”)，判断的理由是________________________。

③若反应Ⅱ在恒容密闭容器进行，下列能判断反应Ⅱ达到平衡状态的是_________(填序号)。

a．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等

b．混合气体的密度不变

c．混合气体的总物质的量不变

d．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化

④在某温度下，将一定量的CO和H2投入10L的密闭容器中发生反应II，5min时达到平衡，各物质的物质的浓度(mol·L﹣1)变化如下表所示：

	2min	5min	10min
CO	0.07	0.06	0.05
H2	0.14	0.12	0.20
CH3OH	0.03	0.04	0.05

若5min时只改变了某一条件，则所改变的条件是_____________；10min时测得各物质浓度如表，10min时v正_______v逆(填“<”、“>”或“=”)。

Answer 1

【答案】（1）CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol；（2）①0.003mol/(L·min)；②＜；该反应为反应前后气体体积增大的反应，温度相同时，压强越大，CH4的转化率越小，压强为P1的CH4的转化率高，所以P1＜P2；③cd④加1 mol氢气；＞。

【解析】

试题分析：（1）图1中的热化学方程式为①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ/mol，

②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)△H=-(510-419)kJ/mol=-91KJ/mol，

依据盖斯定律②-①得：二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol；

（2）①由图知道平衡时甲烷的转化率为0.5，所以△c(CH4)==0.005mol/L，所以v(CH4)==0.001mol/(L·min)，速率之比等于化学计量数之比，所以v(H2)=3v(CH4)=3×0.001mol/(L?min)=0.003mol/(L·min)，故答案为：0.003mol/(L·min)；

②温度相同时，作垂直x轴的辅助线，压强为P1的CH4的转化率高，反应为前后体积增大的反应，压强增大平衡向体积减小的方向移动，即向逆反应移动，CH4的转化率降低，所以P1＜P2，故答案为：＜；该反应为反应前后气体体积增大的反应，温度相同时，压强越大，CH4的转化率越小，压强为P1的CH4的转化率高，所以P1＜P2；

③a、生成CH3OH的速率与消耗CO的速率都表示正反应速率，不能判断反应Ⅱ达到平衡状态，错误；b、容器的体积不变，气体的质量不变，混合气体的密度始终不变，不能判断反应Ⅱ达到平衡状态，错误；c、该反应属于气体的物质的量发生变化的反应，混合气体的总物质的量不变，表示反应达到了平衡状态，正确；d、CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化，表示反应达到了平衡状态，正确；故选cd；

④对比6min和8min时各物质的浓度可知改变条件后反应反应向正方向进行，按照转化量之比等于计量系数之比△C(CO)：△C(H2)：△C(CH3OH)=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三种物质的浓度应为：(0.06-0.01)mol/L、(0.12-0.02)mol/L、(0.04+0.01)mol/L，而8min后氢气的浓度为0.2mol/L，所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氢气；该温度下，甲醇的平衡浓度是0.06mol/L，氢气的平衡浓度是0.12mol/L，一氧化碳的平衡浓度是0.04mol/L所以平衡常数K==≈46.3，第10min时反应的浓度商Qc====25＜K，反应向正反应方向进行，v正＞v逆，故答案为：加1 mol氢气；＞。